Page 1
Geometric Optics
www.dekphysics.com
Basics Reflection(การสะทอน)
Mirrors Plane mirrors (กระจกเงาราบ) Spherical mirrors (กระจกเงาทรงกลม)
Concave mirrors (กระจกโคงเวา) Convex mirrors(กระจกโคงนน)
Refraction(การหกเห)
Thin Lens Concave lens(เลนสเวา) Convex lens(เลนสนน)
Optical Instrumentation(ทศนอปกรณ)
Page 2
การเคลอนทและอตราเรวของแสง
www.dekphysics.com
“แสง” เปนคลนตามขวางชนดหนง แสงจะเดนทางเปนเสนตรง ทศทางการเคลอนทของแสงเราอาจใชเสนลกศรแทนได เรยกลกศรนวา รงสของแสง ความเรวแสงในสญญากาศจะมคาเทากบ 3 x 108 เมตรตอวนาท แตในตวกลางตางชนดกนความเรวแสงจะมคาไมเทากน
แสงคออะไร
Page 3
การศกษาการเดนทางของแสง โดยการประมาณวาแสงเดนทางเปนเสนตรงและสามารถใชรงส (Ray approximation) แสดงทศทางการเคลอนทของแสง
Page 4
Our eyes detect light rays.
Page 5
object
&
image
แลวถาเรามองผานกระจกละ??
Page 6
www.dekphysics.com
การสะทอนแสงของแสง
θr θi
Mirror
normal
incident
ray
reflected
ray
กฎการสะทอนของแสง มดงน 1. รงสตกกระทบ รงสสะทอน และเสนปกต ตองอยในระนาบเดยวกน2. มมตกกระทบตองมขนาดเทากบมมสะทอน
กฏการสะทอนของแสง
Page 7
Law of reflection-Virtual experiment
Page 8
www.dekphysics.com
Mirrors
Mirrors reflect light rays
Page 9
How do we see images in mirrors?
Page 10
object image
How do we see images in mirrors?
Page 11
object image
How do we see images in mirrors?
Page 12
object
image
mirror
object
window
image
Page 13
การสะทอนของแสง
object image
S S’
y’y
ระยะจากใจกลางผวตกกระทบถงวตถ เรยก ระยะวตถ (s )ระยะจากใจกลางผวตกกระทบถงภาพ เรยก ระยะภาพ (s’)
อตราสวนของระยะภาพตอระยะวตถหรอขนาดภาพตอขนาดวตถของการสะทอนหนงๆ จะมคาคงท เรยกคาคงทนวา ก าลงขยาย (m)
Page 14
www.dekphysics.com
ภาพทเกดจากกระจกเงาราบ
1. ถารงสตกกระทบตกตงฉากกบผวของวตถ รงสสะทอนจะสะทอนยอนแนวเดมออกมาโดยตลอด2. หากรงสสะทอนอยางนอย 2 เสน มาตดกน จะเกดภาพของวตถตนก าเนดแสงขน ณ.จดตดนน
เมอยงแสงออกจากวตถตนก าเนดแสง ไปตกกระทบกระจกดงรป รงสของแสงสะทอนเสนท 1 และ 2 จะกระจายออกจากกน ดงนนรงสสะทอนนจะไมสามารถตดกนแตถาเราตอแนวรงสสะทอนทงสองยอนไปดานหลงกระจก จะพบวาเสนสมมตทตอออกไปนจะไปตดกนไดทจดจดหนง การตดกนของเสนสมมตนจะท าใหเกดภาพหลงกระจก เรยกภาพทเกดนวา ภาพเสมอน
Page 15
1.ลากรงสแสงออกจากปลายวตถในแนวราบตกกระทบทกระจกและสะทอนกลบในทศทางเดม[รงส 1]
2.ลากรงสแสงออกจากปลายวตถ ไปยงกระจกท (จด A) ดวยมมตกกระทบ θภาพทเกดจากกระจกเงาราบ และสะทอนกลบดวยมมเทาเดม (ตามกฎการสะทอน) [รงส 2]
3.ตอแนวเสนประของรงสทงสองมาประกบกนจะไดขนาดของภาพและต าแหนงภาพดงรป
θ
การเขยนแผนภาพกระจกเงาระนาบ
ภาพเสมอน (virtual image) คอ ภาพทเกดจากแนวรงสเสมอนตดกน (เอาฉากรบไมได)
A
Page 16
การพสจนกระจกเงาราบ
i
A
r
i r
B
S S’P P’
∆𝐏𝐁𝐀 ; 𝐭𝐚𝐧 𝐢 =𝐀𝐁
𝐒
∆𝐏′𝐁𝐀 ; 𝐭𝐚𝐧 𝐫 =𝐀𝐁
𝐒′
มมตกกระทบเทากบมมสะทอน ∴𝐀𝐁
𝐒=
𝐀𝐁
𝐒′
𝐒 = 𝐒′
y’y
𝐲 = 𝐲′
Q Q’
𝐏𝐀 = 𝐀𝐏′
𝐐𝐁 = 𝐁𝐐′
𝐏𝐐 = 𝐏’𝐐′
Page 17
www.dekphysics.com
ภาพของกระจกเงาระนาบ
กระจกเงาราบให » ภาพเสมอน หวตง » มความสมมาตรรอบระนาบกระจก » มขนาดภาพเทากบขนาดวตถ » ระยะภาพนนมคาเทากบระยะวตถ »ลกษณะของภาพนนจะมลกษณะของการกลบซายขวา
Page 18
www.dekphysics.com
ภาพทเกดจากกระจกเงาทรงกลม
Page 19
ความสมพนธระหวางความยาวโฟกสกบรศมความโคงกระจก
Page 20
การเกดภาพโดยกระจกโคงเวา
1.ลากรงสของแสงออกจากปลายวตถขนานแกนหลกกระทบกระจกและสะทอนผานจดโฟกส[รงส1]
2.ลากรงสแสงออกจากปลายวตถ ผานจดโฟกสกระทบกระจกแลวสะทอนขนานแกนหลก[รงส 2]
3. รงสผานจดศนยกลางความโคง จะตงฉากกบกระจกโคง และสะทอนกลบทางเดม[รงส 3]
เกดทงภาพจรงหวกลบและภาพเสมอนหวตง
Page 22
การเกดภาพโดยกระจกโคงนน
1.ลากรงสของแสงออกจากปลายวตถขนานแกนหลกกระทบกระจกและสะทอนผานจดโฟกส[รงส1]
2.ลากรงสแสงออกจากปลายวตถ ผานจดโฟกสกระทบกระจกแลวสะทอนขนานแกนหลก[รงส 2]
3. รงสผานจดศนยกลางความโคง จะตงฉากกบกระจกโคง และสะทอนกลบทางเดม[รงส 3]
เกดภาพเสมอนหวตงขนาดเลก
S′S
Page 24
การพสจนกระจกโคง∆𝐏𝐐𝐂; 𝐭𝐚𝐧 𝐏 𝐂𝐐 =
𝐏𝐐
𝐏𝐂=
PQ
S−R
𝐏
Q
S’R
S
∆𝐏′𝐐′𝐂; 𝐭𝐚𝐧 𝐏′ 𝐂𝐐′ =𝐏′𝐐′
𝐏′𝐂=
P′Q′
R−S′
Q′
P′ มม𝑪เปนมมตรงขาม ∴PQ
S − R=
P′Q′
R − S′
R − S′
S − R=P′Q′
PQ
V
∆𝐏𝐐𝐕; 𝐭𝐚𝐧 𝐏𝐕𝐐 =𝐏𝐐
𝐏𝐕=
PQ
S
∆𝐏′𝐐′𝐕; 𝐭𝐚𝐧 𝐏′𝐕𝐐′ =𝐏′𝐐′
𝐏′𝐕=
P′Q′
S′
มม V เปนมมตกกระทบ ∴PQ
S=
P′Q′
S′S′
S=
P′Q′
PQ
R − S′
S − R=S′
S
R − S′
S′=S − R
S
R
S′− 1 = 1 −
R
S
R
S′+R
S= 2
1
S′+1
S=
2
R
1
S′+1
S=1
f
Page 25
สตรทใชค านวณการเกดภาพโดยกระจกเวาและกระจกนน
𝟏
𝐟=
𝟏
𝐬+𝟏
𝐬′
𝐦 =𝐟
𝐬 − 𝐟
𝐦 =𝐬′
𝐬=𝐲′
𝐲
f =R
2***เงอนไข
1.หากเปนกระจกเวา ตองใช R,f มคาเปน +หากเปนกระจกนน ตองใช R,f มคาเปน –
2.หากภาพทเกดเปนภาพจรง ตองใช S′, y′, m มคาเปน +หากเปนภาพทเกดเปนภาพเสมอน ตองใช S′, y′, m มคาเปน −
𝟏
𝐟=
𝟏
𝐬+
𝟏
ms𝟏
𝐟−
𝟏
𝐬=
𝟏
ms𝐬−𝐟
𝐬𝐟=
𝟏
ms
ms =sf
s−f
Page 26
หนงเรองสมบตการสะทอนของแสง
Page 27
www.dekphysics.com
การหกเหของแสง
กฏการหกเหของแสง
sinθ1sinθ2
=𝑣1𝑣2
=λ1λ2
=𝑛2𝑛1
Snell’s law
“แสงผานจากตวกลางหนงไปยงอกตวกลางหนงซงความหนาแนนไมเทากน จะท าใหอตราเรว แอมพลจดและความยาวคลนเปลยนไป แตความถคงท”
𝑛 =𝑐แสง
𝑣แสงในตวกลาง
𝑣2 =𝑐
𝑛2𝑣1 =
𝑐
𝑛1;
𝑣1𝑣2
=𝑛2𝑛1
Page 28
การสะทอนกลบหมดของแสง
sinθcsin90
=V1V2
=λ1λ2
=𝑛2𝑛1
sinθc =𝑛2𝑛1
“กรณมมตกกระทบขนาดโตกวามมวกฤต จะท าใหแสงเกดการสะทอนกลบหมด”
Page 29
ความลกจรง ความลกปรากฏ
“แสงจากวตถสะทอนออกสน าหกเหออกอากาศแลวเขาสตาเรา…ลกจรง ลกปรากฏ”
Page 30
พสจนลกจรง-ลกปรากฏ
θ1
θ2
θ2
S′
S
x
tanθ2 =𝑥
𝑠′
tanθ1 =𝑥
𝑠stanθ1 = 𝑥
s′tanθ2 = 𝑥
stanθ1 = s′tanθ2
𝑠
𝑠′=tanθ2tanθ1
tanθ ≈ sinθ ,s
s′=sinθ2sinθ1
จาก n1sinθ1 = n2 sinθ2
s
s′=n1n2
ลกจรงลกปรากฏ
=𝑛1𝑛2
หมายเหต : มม 𝛉𝟐 ตองเปนมมทนอยๆเทานน
Page 31
www.dekphysics.com
ปรากฏการณเกยวกบแสง
การกระจายของแสง
เมอแสงขาวซงประกอบดวยแสงหลายความยาวคลน ตกกระทบปรซมแสงแตละความยาวคลนจะหกเหดวยมมไมเทากนและแยก ออกจากกนเรยกปรากฏการณนวา “การกระจายแสง”
ความยาวคลนมากจะมมมเบยงเบนนอยสดความยาวคลนนอยจะมมมเบยงเบนมากสด
Page 32
รงกนน า
“เมอแสงตกกระทบเขาไปในละอองน า จะเกดหกเหและการสะทอนกลบหมดออกมา 7 ส”
Page 33
มราจ
“เปนปรากฏการณทเกดจากการหกเหของแสงในชนบรรยากาศแลวมการสะทอนกลบหมด เนองจากความหนาแนนของอากาศในชนตางๆ ไมเทากน”
Page 34
www.dekphysics.com
เลนสบาง
Page 35
การเกดภาพโดยเลนสนนบาง
1
23
เกดภาพจรงหวกลบ หลงเลนส เอาฉากรบได
1.ลากรงสขนานไปกบแกนมขส าคญและหกเหผานจดโฟกสทอยดานหลงเลนส2.ลากรงสผานจดโฟกสดานหนาเลนสและทะลผานเลนสออกไปในแนวขนานกบแกนมขส าคญ3. ลากรงสผานจดตรงกลางเลนสและลากตอไปเปนเสนตรง
Page 36
เกดภาพเสมอนหวตง ขนาดใหญกวาวตถ
1.ลากรงสขนานไปกบแกนมขส าคญและหกเหผานจดโฟกสทอยดานหลงเลนส2.ลากรงสผานจดโฟกสดานหนาเลนสและทะลผานเลนสออกไปในแนวขนานกบแกนมขส าคญ3. ลากรงสผานจดตรงกลางเลนสและลากตอไปเปนเสนตรง
Page 37
การเกดภาพโดยเลนสเวาบาง
เกดภาพเสมอนหวตง ขนาดภาพเลกกวาขนาดวตถ
1.ลากรงสขนานแกนมขสาคญและหกเหผานเลนสออกไปเมอตอแนวรงสจะมาตดทจดโฟกสทอยหนาเลนส2. ลากรงสไปยงจดโฟกสทอยดานหลงเลนสและทะลออกมาเปนเสนขนานกบแกนมขส าคญ3. ลากรงสผานกงกลางเลนสและลากตอไปเปนเสนตรง
Page 39
สตรทใชค านวณการเกดภาพโดยเลนสนนและเลนสเวา
𝟏
𝐟=
𝟏
𝐬+𝟏
𝐬′
𝐦 =𝐟
𝐬 − 𝐟
𝐦 =𝐬′
𝐬=𝐲′
𝐲
f =R
2
***เงอนไข
1.หากเปนเลนสนน ตองใช f มคาเปน +หากเปนเลนสเวา ตองใช f มคาเปน –
2.หากภาพทเกดเปนภาพจรง ตองใช S′, y′, m มคาเปน +หากเปนภาพทเกดเปนภาพเสมอน ตองใช S′, y′, m มคาเปน −
Page 40
www.dekphysics.com
ตาและการมองเหน
สายตายาว เกดจากการทระยะโฟกสนนยาวมากเกนไป ท าใหแสงไปโฟกสทดานหลงของเรตนา คนทมสายตายาว จะมปญหากบการมองวตถทอยใกลๆสายตายาวสามารถแกไขไดโดยการใชเลนสนนชวย ในการหกเหแสง ใหระยะโฟกสนนใกลเขา โดยเกดภาพทเรตนา
สายตาสนเกดจากการทระยะโฟกสนนสนเกนไป ท าใหแสงไปโฟกสและเกดภาพกอนจะถงเรตนาสายตาสนสามารถแกไขไดโดยการใชเลนสเวาชวยในการทจะกระจายแสง ท าแสงหกเหไปตกทบรเวณเรตนาพอด
Page 41
www.dekphysics.com
ทศนอปกรณ
Page 42
www.dekphysics.com
ความสวาง
ความสวาง = ฟลกซสองสวางทตกตงฉากกบพน
พนทรบแสง
E= I
R2 หนวย แคนเดลลา/เมตร
E= F
Aหนวย ลเมน/ตารางเมตรหรอ ลกซ
ความสวาง = ความเขมของการสองสวาง
ระยะจากแหลงก าเนดแสงวดมาตงฉากกบพนท
Inverse Square Law
E∝1
R2
Page 43
www.dekphysics.com
แสงสและการผสมส
“ถาเรามองเหนวตถมสแดง แสดงวาวตถนนสะทอนแสงสแดงออกมาเขาตาเรา สวนแสงสอนๆ จะถกดดกลนหมด”